Mineralogía

La mineralogía es la rama de la geología que estudia las propiedades físicas y químicas de los minerales que se encuentran en el planeta en sus diferentes estados de agregación. Un mineral es un sólido inorgánico de origen natural, que presenta una composición química definida. Los minerales aportan al ser humano los elementos químicos imprescindibles para sus actividades industriales.

Ramas de la mineralogía 
El estudio de la mineralogía puede hacerse desde distintos puntos de vista.

 Mineralogía general: estudia la estructura y las propiedades de los minerales.
 Mineralogía determinativa: aplica las propiedades fisicoquímicas y estructurales a la determinación de las especies minerales.
Cristalografíaː estudia las propiedades cristalinas de los minerales, especialmente su estructura interna mediante las técnicas de difracción de rayos X. La cristalografía clásica incluye también el estudio de la geometría externa de los cristales
Mineralogía físicaː Estudia las propiedades físicas, como dureza, fusibilidad, etc, aunque las propiedades ópticas se suelen considerar separadamente.
Mineralogía ópticaː estudia las propiedades ópticas de los minerales, utilizando fundamentalmente el microscopio petrográfico.
Mineralogía químicaː estudia las propiedades químicas de los minerales, especialmente con vistas a su identificación precisa.
 Mineralogénesis: estudia las condiciones de formación de los minerales, de qué manera se presentan los yacimientos en la naturaleza y las técnicas de explotación.
 Mineralogía descriptiva: estudia los minerales y los clasifica sistemáticamente según su estructura y composición.
 Mineralogía económica: desarrolla las aplicaciones de la materia mineral; como su utilidad económica, industrial, gemológica, etcétera.
 Mineralogía topográfica: estudia los yacimientos minerales de una región o país determinado, describiendo las especies presentes y también los hechos culturales e históricos asociados con ellos y con su explotación.

Características diagnósticas 

Cuando se tiene una muestra de mano recolectada en el campo, el geólogo tiene a su disposición varias propiedades, entre ellas: forma cristalina, brillo, raya, dureza (escala de Mohs), exfoliación o fractura, peso específico, color, etc.

La exfoliación de un mineral se presenta cuando en su estructura cristalina, hay enlaces más débiles que otros, por lo que se generan planos a lo largo de los cuales el mineral tiende a romperse cuando se le aplica tensión. Los minerales biotita y moscovita ilustran muy bien esta característica.

El color no es una característica muy confiable, ya que hay minerales como el cuarzo o la fluorita, que tienen diversos colores. En cambio, la raya es el color de un mineral en polvo, la cual se puede obtener al frotar el mineral contra una pieza de porcelana no vidriada. Esta característica es más fiable.

Muchas substancias, por ejemplo el carbono, puede cristalizar en diferentes estructuras (véase cristalografía). Si cristaliza en el sistema cúbico se le denomina diamante, pero si cristaliza en el sistema hexagonal, conforma el grafito. Basta su apariencia para reconocer que son dos minerales diferentes, aunque es necesario un estudio más profundo para comprender que poseen la misma composición química.

Historia de la mineralogía

Propiedades físicas

 
Un primer paso para identificar un mineral es examinar sus propiedades físicas, muchas de las cuales pueden medirse en una muestra manual. Se pueden clasificar por densidad (a menudo dada como gravedad específica); medidas de cohesión mecánica (dureza, tenacidad, exfoliación, fractura, separación); propiedades visuales macroscópicas (lustre, color, veta, luminiscencia, diafanidad); propiedades magnéticas y eléctricas; radiactividad y solubilidad en cloruro de hidrógeno ().

La dureza se determina mediante comparación contra otros minerales. En la Escala Mohs, un conjunto estándar de minerales se numeran en orden de dureza creciente desde el 1 (talco) hasta el 10 (diamante). Un mineral más duro rayará a uno más blando, por lo que un mineral desconocido puede ser colocado en esta escala, por los minerales que raya y los que lo rayan. Unos pocos minerales como la calcita y la cianita tienen una dureza que depende significativamente de la dirección. La dureza también puede medirse en una escala absoluta utilizando un esclerómetro; en comparación con la escala absoluta, la escala de Mohs no es lineal.

La tenacidad se refiere a la forma en que se comporta un mineral, cuando se rompe, se aplasta, se dobla o se desgarra. Un mineral puede ser frágil, maleable, séctil, dúctil, flexible o elástico. Una influencia importante en la tenacidad es el tipo de enlace químico (por ejemplo, iónico o metálico). 

De las otras medidas de cohesión mecánica, el clivaje es la tendencia a romperse a lo largo de ciertos planos cristalográficos. Se describe por la calidad (por ejemplo, perfecta o justa) y la orientación del plano en la nomenclatura cristalográfica. 

El partido es la tendencia a romperse a lo largo de los planos de debilidad debido a la presión, la macla o la exsolución. Cuando no se producen estos dos tipos de rotura, la fractura es una forma menos ordenada que puede ser concoidea (con curvas suaves que se asemejan al interior de una concha), fibrosa, astillada, hackly (dentada con bordes afilados), o desigual.

Si el mineral está bien cristalizado, también tendrá un hábito cristalino distintivo (por ejemplo, hexagonal, columnar, botrioidal) que refleja la estructura cristalina o la disposición interna de los átomos. También se ve afectado por los defectos del cristal y por la giro. Muchos cristales son polimórficos, teniendo más de una estructura cristalina posible dependiendo de factores como la presión y la temperatura.

Estructura cristalina

La estructura cristalina es la disposición de los átomos en un cristal. Está representada por una red de puntos que repite un patrón básico, llamado celda unitaria, en tres dimensiones. La red puede caracterizarse por sus simetrías y por las dimensiones de la celda unitaria. Estas dimensiones están representadas por tres índices de Miller. La red permanece inalterada por ciertas operaciones de simetría con respecto a todo punto de la red: reflexión, rotación, inversión, y inversión rotatoria, una combinación de rotación y reflexión. Juntos, forman un objeto matemático llamado grupo de puntos cristalográficos o clase de cristal. Hay 32 clases de cristal posibles. Además, hay operaciones que desplazan todos los puntos: traslación, eje helicoidal, y plano de deslizamiento. En combinación con las simetrías puntuales, forman 230 posibles grupos espaciales.

La mayoría de los departamentos de geología disponen de equipos de rayos X para difracción de polvos para analizar las estructuras cristalinas de los minerales. Los rayos X tienen longitudes de onda del mismo orden de magnitud que las distancias entre los átomos. La difracción, la interferencia constructiva y destructiva entre las ondas dispersadas en diferentes átomos, conduce a patrones distintivos de alta y baja intensidad que dependen de la geometría del cristal. En una muestra que se muele hasta formar un polvo, los rayos X muestrean una distribución aleatoria de todas las orientaciones del cristal. La difracción de polvos puede distinguir entre minerales que pueden parecer iguales en una muestra manual, por ejemplo cuarzo y sus polimorfos tridimita y cristobalita.

Los minerales isomorfos de diferentes composiciones tienen patrones de difracción de polvo similares, siendo la principal diferencia el espaciado y la intensidad de las líneas. Por ejemplo, la  (halita) tiene una estructura cristalina del grupo espacial Fm3m; esta estructura la comparten la silvita (), la periclasa (), la bunsenita (), la galena (), alabandita (), clorargirita (), y osbornita ().

Ecología mineral
En 2011, varios investigadores comenzaron a desarrollar una base de datos de la evolución de los minerales. Esta base de datos integra el sitio crowd-sourced Mindat.org, que cuenta con más de 690.000 pares mineral-localidad, con la lista oficial de minerales aprobados por la IMA y los datos de edad de las publicaciones geológicas.

Esta base de datos permite aplicar la estadística para responder a nuevas preguntas, un enfoque que se ha denominado ecología mineral. Una de estas preguntas es qué parte de la evolución de los minerales es determinista y qué parte es el resultado de la casualidad. Algunos factores son deterministas, como la naturaleza química de un mineral y las condiciones para su estabilidad; pero la mineralogía también puede verse afectada por los procesos que determinan la composición de un planeta. En un artículo de 2015, Robert Hazen y otros analizaron el número de minerales que implican cada elemento en función de su abundancia. Encontraron que la Tierra, con más de 4800 minerales conocidos y 72 elementos, tiene una relación de ley de potencia. La Luna, con solo 63 minerales y 24 elementos (basada en una muestra mucho más pequeña) tiene esencialmente la misma relación. Esto implica que, dada la composición química del planeta, se podrían predecir los minerales más comunes. Sin embargo, la distribución tiene una larga cola, ya que el 34% de los minerales se han encontrado en solo uno o dos lugares. El modelo predice que miles de especies minerales más pueden estar a la espera de ser descubiertas o haberse formado y luego haberse perdido por la erosión, el enterramiento u otros procesos. Esto implica un papel del azar en la formación de minerales raros.

En otro uso de los grandes conjuntos de datos, se aplicó la teoría de redes a un conjunto de datos de minerales de carbono, revelando nuevos patrones en su diversidad y distribución. El análisis puede mostrar qué minerales tienden a coexistir y qué condiciones (geológicas, físicas, químicas y biológicas) están asociadas a ellos. Esta información puede utilizarse para predecir dónde buscar nuevos yacimientos e incluso nuevas especies minerales.

Véase también 
 cristaloquímica
 cristal 
 gema
 gemología
 roca

Referencias

Bibliografía 
 

Miranda Smith, Sean Callery.  Rocks, Minerals & Gems Hardcover (2016), 224 pag, ISBN 0545947197, ISBN 978-0545947190

Enlaces externos 

 Georg Agricola's "Textbook on Mineralogy" sobre Mineralogía y gemmas Traducido desde el Latín por Mark Bandy. Título original: "De Natura Fossilium".
 Web dedicada a la ciencia que estudia la estructura interna de los minerales.